ヒト内因性レトロウイルスW

ヒト内因性レトロウイルスW
ウイルスの分類
(ランク外):	ウイルス
領域:	リボウイルス
王国：	パラナビラエ
門:	アートバービリコタ
クラス：	レブトラビリセテス
注文：	オルテルビラレス
家族：	レトロウイルス科
属:	ガンマレトロウイルス （？）
(ランク外):	ヒト内因性レトロウイルスW

ヒト内因性レトロウイルス W ( HERV-W ) は、ヒト内因性レトロウイルス(HERV)のファミリーです。

HERV は、反復要素と転移要素のスーパーファミリーの一部です。転移要素は、ゲノム内を移動または「ジャンプ」できる DNA 配列であり、複製されて異なる場所に挿入されることもあります。

HERVには31のファミリーが知られており、ヒトゲノムの約8％を占めています。そのうちHERV-W DNAをコードする配列は、ヒトゲノムの約1％を占めています。比較すると、これはタンパク質をコードする遺伝子に割り当てられたDNAの量とほぼ同じです。^{[1] [2]}

現在ゲノム中に存在するHERVのほとんどは、フレームシフト、未熟な終止コドン、長末端反復配列（LTR）の組み換えなどの遺伝的変化のため、複製することができません。 ^[3]各HERVファミリーは、外部レトロウイルスによるヒト生殖細胞系の単一感染に由来します。ヒトDNAに組み込まれた後、これらのレトロウイルスは時間とともに拡大し、進化しました。^[4]完全なHERVには、ブックエンドのような役割を果たす長末端反復配列の両側に特定の遺伝子（gag、pro、pol、env）が含まれます。^{[説明が必要]}

ウイルスが宿主のゲノムの一部を自身のゲノムに取り込むことはよくあることで、これがウイルスの成功に役立っています。一方、宿主はウイルスの DNA を自身のゲノムに保持することもでき、それが有利であったり有害でない場合は存続する可能性があります。HERV の場合、ウイルスの DNA は人間の祖先の生殖細胞ゲノムに組み込まれます。^[3]そのため、感染した人間の祖先のすべての子孫は、体内のすべての細胞にこのウイルスのゲノムが組み込まれていました。^[3]

この新しいレトロウイルスDNAは、親から子へと受け継がれるようになりました。^[3]さらに、組み込まれたウイルスゲノムには転移因子の特徴があり、人間の祖先ゲノム内で複製またはジャンプすることができます。人間に関連する多くの種のゲノムを調べることで、このレトロウイルスゲノムが人間の祖先に組み込まれた時期を特定するのに役立ちました。^{[引用が必要]}

霊長類の血液サンプルとgag、pol、proプローブを用いてサザンブロットを行ったところ、HERV-Wは2300万年以上前に狭鼻猿のゲノムに侵入したことが示唆された。 ^[5]その後、ヒト科、旧世界ザル、新世界ザル、原猿の血液サンプルが、ゴリラフォスミドライブラリ由来の蛍光標識HERV-Wエレメントを用いてプローブされた。^{[6 ]}蛍光in situハイブリダイゼーション（FISH）により、ツパイアを除くすべての霊長類の血液サンプルにHERV-Wエレメントが存在することが明らかになった。^[6]

この情報と5'および3' LTRの分岐値により、系統樹の構築が可能になりました。このデータは、HERV-W ゲノムが約 6,300 万年前に宿主の生殖細胞系列に統合され、旧世界ザルと新世界ザルの時代に拡大し、その後独立して進化したことを示しています。^[6]統合以来、5' LTR と 3' LTR はそれぞれの種で独立した進化を遂げてきました。^[要出典]

HERV-W は、グループ内の多くのウイルスがプライマー結合部位 (PBS) でトリプトファン tRNA を使用していることから名付けられました。この分類は、より強力な系統学的研究の結果、ガンマレトロウイルス様クラス I の HERVW9 グループ (HERV9、HERVW、HERV30、MER41、HERV35、LTR19) に拡張されました。^{[7]提案された命名法では、このような「クラス I」要素をすべて、}ガンマレトロウイルスとは別の属レベルの分類群に入れることを提案しています。^[8]

HERV-Wは多発性硬化症（MS）との関連から発見されました。MS患者のマクロファージ細胞培養では、逆転写酵素（RT）活性を持つレトロウイルス様粒子がいくつか検出され、多発性硬化症レトロウイルス（MSRV）と名付けられました。^[9] MSRVのレトロウイルス性のため、当初MSRVは外因性ウイルス起源であると考えられていました。^[9]

しかし、MSRV とヒト内因性レトロウイルス (HERV) の系統学的および実験的類似性がすぐに明らかになりました。そのため、多くの研究室が MSRV が属する特定の HERV ファミリーの探索を開始しました。^[10]レトロウイルス pol のコンセンサス配列と、MSRV (レトロウイルス RNA) の pol 領域からの「panretro」RT-PCR拡張を使用することで、gag、pol、env を持つ HERV の発見が可能になりました。^[11]

このHERVのプライマー結合部位（PBS）は、 tRNATRPを使用する鳥類レトロウイルスのPBSと類似していることが発見されました。そのため、このHERVはHERV-Wと名付けられました。^{[10]このHERVの}オープンリーディングフレーム（ORF）を見つけることを期待して、健康な組織は逆転写されたPpol-、gag-、およびenv-MSRV配列（cDNA）でプローブされました。^[10]重複するcDNAは、RU5- gag- pol- env- U3R配列、ポリプリン領域、およびプライマー結合部位（PBS）を備えた7.6 kbの完全なHERVに及んでいました。^[10]

pol および gag ORF はフレームシフトと終止コドンのため複製能がありませんが、env ORF は完全です。さまざまなヒト組織で複数組織のノーザンブロットを実施した結果、心臓、脳、肺、肝臓、骨格筋、腎臓、膵臓の細胞では発現していない胎盤組織で 8、3.1、1.3 kb の転写産物が発見されました。^[10]これは Ppol-MSRV、gag、env プローブによって確認されました。^[10]

プローブから得られたcDNAクローンの発現配列タグ（EST）データベースを用いてBLASTnクエリ検索を実行したところ、関連する転写産物の53%が胎盤細胞で見つかったことが明らかになった。 ^[10] gag、pro、env由来プローブのハイブリダイゼーションを用いたサザンブロットでは、ヒト半数体ゲノム中に70個のgag、100個のpro、30個のenv領域を持つHERV-Wの複雑な分布が明らかになった。^[12]

試験管内転写技術を用いて、染色体3（gag）、6（pro）、7（env）上の3つの推定ORFを検出し、さらに分析したところ、染色体7q 21.2上のORFがグリコシル化されたEnvタンパク質を独自にコードしていることが明らかになりました 。[ 12 ]副腎^、骨髄、小脳、全脳、胎児脳、胎児肝臓、心臓、腎臓、肝臓、肺、胎盤、前立腺、唾液腺、骨格筋、脊髄、精巣、胸腺、甲状腺、気管、子宮細胞に対してリアルタイムRT-PCRを実施したところ、染色体1～3、5～8、10～12、15、19、X上に22の完全なHERV-Wファミリーが明らかになりました。^[6]

コンピューターによる発現データでは、これらのHERV-W要素が様々な組織（脳、乳腺、大脳、皮膚、精巣、眼、胎児組織、膵島、松果体、内分泌、網膜、脂肪組織、胎盤、筋肉）でランダムに発現していることが明らかになった。^[6]

さらに、何らかのHERV発現を欠くヒト組織は見つからなかったことから、HERVはヒトトランスクリプトームの永久メンバーであることが示唆された。^[13] HERV-Wの発現は全身に広がっているが、他の組織よりも発現レベルが高い組織が2つある。染色体12p11.21と7q21.2のHERV-W由来要素には、膵島組織でenv遺伝子から42ヒット、胎盤、精巣、胚組織でそれぞれ224ヒット（11 gag、41 pol、164 env）があった。7q21.2のHERV-W要素はERVWE-1をコードし、これはsyncytin-1と名付けられた。^[14]

HERV-Wがヒトゲノム中に広く存在し、生存可能な転写産物を形成できることに気づいた科学者たちは、HERV-Wの生物学的意義の調査を始めました。ベクターで発現したHERV-W Env遺伝子は、 TELCeB6細胞とTELac2細胞に導入され、それぞれウイルス細胞融合と細胞間融合を試験しました。 [ ¹⁵ ] 導入後1～2日で、多数の多核巨細胞、すなわちシンシチウムが形成され、HERV-W env遺伝子が同型および異型の細胞間融合を引き起こす可能性があることを示しました。^[15]

対照として、高融合性であることが知られている遺伝子、A-Rlessを細胞株に導入した。このベクターで細胞を導入すると、細胞の融合は6％のみであったが、HERV-Wベクターでは48％の融合が見られ、HERV-W envによってコードされる遺伝子は高度に融合性の膜糖タンパク質であることが明らかになった。^[15]

ヒト細胞に感染するレトロウイルスはさまざまな受容体と相互作用するため、^[16] HERV-W がどの受容体と相互作用するかを調べる研究が始まりました。HERV-W エンベロープ糖タンパク質は、親 TE671 細胞 (ヒト胎児細胞、ヒト横紋筋肉腫 RD 細胞と同一) および PiT-1 および PiT-2 阻害細胞 (PiT1/2 はレトロウイルス (RV) 受容体) と融合できますが、レトロウイルス D 型受容体阻害細胞とは融合できません。HERV-W はヒトで発現する D 型哺乳類レトロウイルス受容体を認識し、相互作用する可能性があると結論付けられました。^[15]

HERV-Wの高度な融合特性と胎盤細胞での発現の高まりに関する知識から、HERV-Wが胎盤形成に役割を果たしている可能性が示唆されました。^[17]細胞栄養芽細胞は増殖して母体の子宮内膜に侵入し、これが着床と胎盤の発達の鍵となります。^[18]さらに、細胞栄養芽細胞は融合して多核の合胞体細胞に分化し、母体の血液に囲まれて胚を覆います。合胞体細胞は栄養循環、イオン交換、ホルモン合成を助け、これらはすべて発達の鍵となります。^[19]これらの多核細胞は、ウイルス誘発性合胞体と非常によく似ています。

HERV-Wの主な遺伝子発現はERVWE-1であり、これは融合性の高いenv糖タンパク質であり、シンシチウム（多核細胞）の形成を誘導するためシンシチン-1とも呼ばれています。 ^{[15]科学者たちは、シンシチンが胎盤}細胞栄養芽層の融合と分化 に関与する方法を研究し始めました。^{[20]モノクローナルの蛍光標識抗体を使用して、Frendo研究室は妊娠第1期の胎盤のシンシチオトロホブラストの}頂端膜 におけるEnv-Wの発現を視覚化することができました。^[17]

その後、シンシチンが栄養芽細胞の子宮への融合と栄養芽細胞の分化の両方に影響を与えることが示されました。これを行うために、彼らは細胞を抗デスモプラキン抗体で染色し、細胞の境界を明らかにしました。細胞がシンシチオトロホブラストに分化すると、デスモプラキンを観察する能力が低下し、細胞が融合していることを意味します。^[17]

さらに、細胞栄養芽層が分化すると、HERV-W env mRNAと糖タンパク質の発現がともに共線的に増加し、HERV-W envの発現が細胞の融合と分化と相関していることを示唆している。このデータは、栄養芽層の分化を制御する因子がHERV-W env mRNAとタンパク質の発現も制御していることを示唆しており、はるか昔のレトロウイルス感染が哺乳類の進化において極めて重要な出来事であった可能性があることを示している。^[17]

さらに、HERV-W env 糖タンパク質には免疫抑制領域が含まれていることが示されています。^[21] シンシチン-1 とシンシチン-2 (HERV-FRD) のこの免疫抑制特性は、母親と胎児の間に免疫バリアを作成する鍵となる可能性があります。^[22]胎児は母親の DNA の半分しか共有していないため、母親の免疫系が胎児を攻撃しないことが重要です。^[23]

40個の満期胎盤組織を免疫組織化学染色とRT in-situ PCRで分析したところ、細胞栄養芽細胞と比較して合胞体栄養芽細胞でシンシチン-1の強い発現が示された。^[23]これはHERV発現と宿主との共生関係を示唆している。

このデータとは対照的に、シンシチン-1の高発現を示す胎盤微小小胞は、末梢血単核細胞アッセイにより、サイトカインとケモカインの産生を通じて免疫系を活性化することが示されています。^[24]これは、胎盤微小小胞が母親の免疫系を調整できることを示唆しています。^[24] 現在、ERVWE-1が母親の免疫系を抑制または活性化するために使用する正確なメカニズムを特定することはまだ困難です。^[要出典]

HERV-W遺伝子の発現メカニズムはまだ完全には解明されていない。env、pro、pol、gag遺伝子の両側にある780bpのLTRは、プロモーター、エンハンサー、転写因子結合部位などのさまざまな調節配列を提供する。^[25] 5' U3領域はプロモーターとして機能し、3' RはポリAシグナルとして機能する。^[25] HERV-W遺伝子は、不完全なLTRを持つHERV-W要素からは転写できないと想定するのが妥当だろう。^[要出典]

しかし、ルシフェラーゼ レポーター遺伝子アッセイを使用すると、不完全なLTRを持つHERV-Wでもプロモーター活性があることがわかりました。これは、HERVの転写がLTR指向性転写だけでなく転写漏出によっても活性化されることを示唆しています。^[25]つまり、近くの遺伝子が転写されている場合、転写因子とポリメラーゼはDNAに沿って移動し続け、近くのHERVに到達し、そこで転写することができます。実際、HERV-W LTRのChip-seq分析を行うことで、HERV-W LTRの1/4が転写因子p56に結合できることがわかりました（ENCODEプロジェクト）。これは、HERV-Wの細胞特異的発現の理由を示しています。^[要出典]

異なる細胞タイプは、さまざまな遺伝子を転写します。たとえば、胎盤細胞の高度に転写された遺伝子が HERV-W 要素に隣接している場合、この場合の HERV-W の発現増加は転写漏出によって説明できます。この転写のメカニズムはまだ研究中です。^{[引用が必要]}

高いサイトカイン産生とMSの間には相関関係があるため、 TNFa、IFN-γ、IL-6などのMS関連サイトカインによるシンシチン-1プロモーターの調節をテストする研究が行われました。^{[26]この実験はヒト}星状細胞を用いて行われ、TNFaはNF-κB要素を介してERVWE-1プロモーターを活性化する能力があることが示されました。^{[26] ERVWE-1の制御の推定最終メカニズムは、} CpGプロモーターのメチル化とヒストン修飾によるものと考えられています。 ^[27]シンシチン-1を生成するERVWE-1の過剰発現は、多くの成体細胞で危険です。したがって、HERV-Wの発現を低く保つために、非胎盤細胞でプロモーターがメチル化され、ヒストン修飾が起こります。 [ ^27]胎盤細胞では、ERVWE-1が活性化するには脱メチル化される必要があります。^[27]

環境要因もHERV-Wの発現に影響を及ぼすと考えられています。qPCR法とインフルエンザおよびヒト単純ヘルペス1の細胞感染により、HERV - Wは感染時に細胞特異的に発現が亢進することがわかりましたが、そのメカニズムは明らかにされていません。^[28] また、これらの細胞が血清欠乏などのストレスの多い環境に置かれた場合も、HERV-Wの同様の発現増加が記録されています。^[28]

これは、HERV-Wが環境の影響によって調節されることを示唆している。インフルエンザに感染した細胞に関する別の研究では、このウイルスがHERV-W要素を転写活性化できることが示された。インフルエンザはグリア細胞欠損1（GCM1 ）を産生し、これがHERV-Wのヒストン修飾の抑制を軽減するエンハンサーとして働く。これにより、HERV-W要素の転写が増加する可能性がある。^[29]

多発性硬化症患者の血漿中に MSRV Env タンパク質が検出され、このタンパク質が HERV-W ファミリーのメンバーであることがわかって以来、HERV-W が多発性硬化症とどのように関連しているか、また HERV-W の転写を引き起こす原因は何かという疑問が調査されてきました。末梢血単核細胞(PBMC; 免疫系にとって重要な細胞) 培養物を用いた in vitro および重症複合免疫不全(SCID) マウス モデルでのin vivo の両方で、炎症誘発反応が示されました。^[30]

炎症は、免疫系が抗原を認識し、免疫応答カスケードを活性化したときに発生する可能性があります。^[31] HERV-W Env遺伝子の転写および翻訳された産物は、レトロウイルスDNAに由来します。したがって、人体はこれらのタンパク質を抗原として検出し、免疫応答を誘発します。^[32] 具体的には、 MS PBMC培養では、健康な対照群と比較してサイトカイン産生が増加しており、これはMSRV-Envタンパク質の表面ユニットによって媒介されています。^[30]

これは、MSRV-Envタンパク質が異常なサイトカイン分泌を誘発し、炎症を引き起こす可能性があることを示唆しています。MSRVの発現が炎症を引き起こす仕組みのさらなる説明は、グリア細胞（ニューロンを取り囲む細胞）におけるシンシチン-1の過剰発現を見るとわかります。その結果、小胞体ストレスが発生し、神経炎症とフリーラジカルの生成を引き起こし、近くの細胞をさらに損傷します。^[33]

最終的に、TLR-4シグナル伝達アッセイ、サイトカインELISA、OPC細胞培養、および統計分析を通じて、MSRV-Envが非常に強力なTLR-4活性化因子であることが発見されました。^[34] MSRV-Envはin vitroおよびin vivoでTLR4依存性炎症誘発刺激を誘発し、中枢神経系（CNS）全体でミエリンを生成するオリゴデンドロサイトの前駆細胞を弱めます。^[34]

これは、サイトカインがHERV-Wの転写を促進し、その後HERV-Wの転写がより高いサイトカイン産生につながるという正のフィードバックループを示唆している。対照患者とMS患者のGagとEnvの発現を比較すると、正常な状態では中枢神経系の細胞でgagとenvが生理学的レベルで発現していることが判明した。しかし、MS病変を持つ患者では、脱髄した 白質にGagタンパク質が大量に蓄積している。^[32]

このデータは、MS患者のHERV-W envおよびgag遺伝子が、受け継いだHERV-Wコピーの明確な制御を持っているか、またはHERV-WがMS患者に感染性があることを示唆している。シンシチン-1プロモーターの制御を調べることで、研究者は神経組織におけるERVWE-1制御のメカニズムをよりよく理解することができた。彼らはCHIPアッセイを通じて、サイトカインTNFaがp65転写因子をプロモーターに結合させることを発見した。これは、p65が結合する細胞エンハンサーを削除することで確認され、その結果転写が減少した。^[35]

対照的な研究では、マイクロアレイを用いてヒトの脳におけるHERV転写を解析した。統合失調症（SZ）、双極性障害（BD）、および対照群の患者から採取した215の脳サンプルを用いて、HERV-E/F/Kの発現はSZおよびBDと弱い相関関係にあり、ERVWE-1の発現は対照群と比較してSZおよびBDでは影響を受けなかったことがわかった。^[36]

MSRVがMSの原因となるのか反応する役割を担うのかは、今日でもまだわかっていません。MS患者で転写されるHERV-Wメンバーのゲノム起源を理解するためのもう1つのステップは、Xq22.3のHERV-W要素を調べた際に行われました。女性は男性に比べてMSになる可能性が2倍高く、Xq22.3はほぼ完全なORFを持っているため、Xq22.3とMSの間には関連性がある可能性が提案されました。^[37]

現在までに、HERV-W転写産物と統合失調症（SZ）との強い相関関係を裏付ける確固たる証拠はあまり見つかっていない。ある研究では、最近統合失調症を発症した35人中10人が、細胞遊離脳脊髄液（CSF）中にレトロウイルスpol遺伝子HERV-W転写産物とマウス白血病ウイルス遺伝子転写産物を持っていたのに対し、慢性統合失調症患者では20人に1人であった。^[36]

これは、炎症のない22人の患者とレトロウイルスの転写産物がない30人の健康な患者と比較すると有意でした。このデータを比較するために、マイクロアレイを使用してヒトの脳におけるHERVの転写活性を分析しました。^[36]彼らは、HERVの-K、-E、-Fの間に弱い相関関係があること、およびenv-Wの発現が統合失調症および双極性障害（BD）の患者では対照群と比較して一定であることを発見しました。^[36] 今日でも、HERVが神経精神疾患の原因となるのか、相関関係にあるのか、それとも単に反応なのかを判断するのは困難です。^[要出典]

HERV-W転写産物の生成メカニズムに関する知識が深まるにつれ、科学者はMSRV経路を遮断できる薬剤の合成を開始している。IgG4クラスのGNbAc1と呼ばれるヒト化モノクローナル抗体は、MSRV-Envタンパク質の細胞外ドメインに高い特異性と親和性で結合する。^[38]

実験を行う際には、別のヒト化IgG4クラス抗体を対照として使用しました。多くの実験を通じて、GNbAc1はすべてのMSRV-Env効果に拮抗できることが分かりました。^[34]この薬はまだ開発の初期段階にあります。^{[引用が必要]}

2019年1月、GNbAC1という薬剤は世界保健機関（WHO）によってテメリマブという名前が与えられた^[39]

狂気のウイルス